التخلص المباشر من الطاقة - طرق الطباعة ثلاثية الأبعاد

التخلص المباشر من الطاقة (DED) هي إحدى طرق التصنيع المضافة. قد يبدو التصنيع الإضافي (AM) غير مألوف بعض الشيء بالنسبة لك. ويُطلق عليه أيضًا الطباعة ثلاثية الأبعاد، والنماذج الأولية السريعة (RP)، وتصنيع الطبقات، وما إلى ذلك. يتمثل الجوهر الرئيسي للتصنيع الإدماني في استخدام بيانات النموذج ثلاثي الأبعاد لربط المواد طبقة بطبقة. وبدون الحاجة إلى أدوات أو قوالب مسبقة الإنتاج، يتغلب التصنيع الإدماني على تقنيات التصنيع التقليدية وأصبح أحد أكثر طرق الإنتاج شيوعًا في الوقت الحاضر. نظرًا لأن التصنيع الإضافي يمكن أن يستخدم مواد مختلفة، مثل البلاستيك والمعادن والسيراميك والمواد المركبة والمواد البيولوجية كمواد مودعة [1]، فقد بدأت الكثير من الصناعات في استخدام هذه التقنية أو استخدمتها بالفعل. يتيح التصنيع الإضافي إمكانية عمل تصميمات معقدة ومحددة.

ويشمل التصنيع الإضافي أربع طرق: النفث المضاف، ودمج طبقة المسحوق، وتصفيح الصفائح، والترسيب المباشر بالطاقة (DED). وكما ترى من العنوان، سنركز في هذه المقالة على الترسيب بالطاقة المباشرة.

ما هو الترسيب بالطاقة المباشرة؟

يستخدم الترسيب بالطاقة المباشرة الطاقة الحرارية التي يوفرها شعاع ليزر/كهربائي أو أي شيء آخر لصهر المادة ودمج الترسيب مع المادة الجديدة. وهو يجمع بين تقنيات التكسية واللحام. لا يستخدم الترسيب المباشر DED المسحوق فقط، مثل طرق الترسيب الصوتي 4 الأخرى ولكنه يستخدم أيضًا الأسلاك كمادة وسيطة. ووفقًا لأنواع المواد الأولية المختلفة، يمكن تقسيم DED إلى أنواع تغذية المسحوق وأنواع تغذية الأسلاك. يستخدم DED من نوع التغذية بالمسحوق DED الليزر كحرارة حرارية لإذابة المسحوق والطبقات السابقة. ويمكن لنوع التغذية السلكية DED من نوع التغذية السلكية استخدام الليزر أو شعاع الإلكترون أو قوس البلازما كحرارة حرارية. يمكن أن يعطيك الشكل 1 والشكل 2 أدناه فهمًا موجزًا لهاتين التقنيتين المختلفتين من نوع تغذية المسحوق بالليزر.

الشكل 1: العبث بالانبعاثات المدمجة من نوع التغذية بالمسحوق: (أ) التغذية المحورية؛ (ب) التغذية خارج المحور [1]

الشكل 2: التغذية السلكية من نوع التغذية السلكية DED: (أ) التغذية المحورية؛ (ب) التغذية خارج المحور [1]

وفقًا لمواقع التغذية المختلفة، يمكن تقسيم DED إلى تغذية محورية وتغذية خارج المحور. يُستخدم غاز التدريع أو غاز الحماية لحماية المادة وخاصة المعدن النشط من التأكسد بسبب ارتفاع درجة الحرارة.

مبدأ عملها الرئيسي هو كما يلي:

* توفر الفوهة المادة الأولية (المسحوق أو السلك) على الركيزة

* يقوم مصدر تسخين (مثل الليزر) بصهر المنطقة المحددة ودمج المادة لتشكيل طبقة

تتحرك الفوهة وشعاع الليزر بشكل مستمر إلى مناطق أخرى لإعادة نفس الإجراء الذي يتحكم فيه الكمبيوتر. يستخدم الترسيب المباشر للطاقة مبدأ الترسيب المباشر للطاقة خطًا بخط ويمكن أن يعمل تحت مستوى غير أفقي.

الفرق بين نوع التغذية بالمسحوق ونوع التغذية السلكية DED

يتميز DED من نوع التغذية السلكية بمعدل ترسيب أعلى وطبقة أكثر سمكًا من نوع التغذية بالمسحوق DED. ومع ذلك، فإن DED من نوع التغذية بالمسحوق أكثر دقة (مفصّل) ولديه إجهاد متبقي أقل. هذه الاختلافات تجعلها تستخدم غالبًا في تطبيقات مختلفة.

غالبًا ما يُستخدم DED من نوع التغذية بالمسحوق في الترميم، والطلاء المسامي، والمواد المصممة خصيصًا، والهياكل المصممة خصيصًا، والإدارة الحرارية [1]. على عكس اندماج طبقة المسحوق أو النفث الموثق، يمكن استخدام DED في الترميم لأنه يمكن أن يعمل تحت مستوى العمل غير الأفقي.

وغالبًا ما يُستخدم DED من النوع المغذي بالأسلاك في إنتاج جسيمات كبيرة الحجم مثل أعمدة الأجنحة.

تطبيق ترميم الترسيب المباشر للطاقة

يُظهر الترسيب المباشر للطاقة أداءً ممتازًا في مجالات إعادة التصنيع والترميم، خاصةً عندما يكون استبدال المكوّن بالكامل مستهلكًا للوقت ومكلفًا. على سبيل المثال، عندما يتضرر جزء من الدوار ذي الشفرات المتكاملة للمحركات التوربينية الحديثة، يكون استبدالها بشفرة جديدة أقل اقتصاداً من إصلاحها. وليس من السهل استخدام التقنيات العامة لتحقيق ذلك. ولكن يمكن أن تحل DED هذه المشكلة مع مدخلات الحرارة المنخفضة نسبيًا، والتشوه الصغير، والتركيبة المعدنية الجيدة، والملاءمة الدقيقة.

يُظهر DED من نوع المسحوق DED أداءً أفضل من DED من النوع السلكي في الترميم. ومع ذلك، لا يمكن لأي منهما استعادة نفس خصائص التعب وإجهاد الخضوع والليونة مثل الجزء الأصلي بسبب المسامية أو الشوائب أو لأسباب أخرى.

ومع استمرار تطور تكنولوجيا إزالة الشوائب المتفجرة بالدرون DED، من المرجح أن يزداد حجم وتعقيد الأجزاء التي يمكن إنتاجها باستخدام هذه العملية. وهذا سيفتح إمكانيات جديدة للمصنعين ومؤسسات الترميم، وقد يؤدي ذلك إلى تطوير منتجات وصناعات جديدة تمامًا.

الملخص

الترسيب المباشر بالطاقة هو عملية تصنيع إدمانية دقيقة ودقيقة للغاية تنطوي على إمكانية إحداث ثورة في الطريقة التي نصنع بها الأجزاء ونقوم بإصلاحها. وعلى الرغم من أنها تقتصر حاليًا على إنتاج الأجزاء الصغيرة، إلا أنه من المرجح أن تؤدي التطورات المستمرة في هذه التقنية إلى توسيع قدراتها في المستقبل. قد تكون التكلفة العالية للمعدات اللازمة لإجراء عملية التصنيع المدمج DED عائقًا أمام اعتمادها بالنسبة لبعض المؤسسات، ولكن فوائد العملية تجعلها خيارًا شائعًا بشكل متزايد لمجموعة واسعة من التطبيقات.

المرجع

1. آهن، دي جي. عملية ترسيب الطاقة الموجهة (DED): حالة الفن. Int. J. of Precis. Eng. and Manuf.-Green Tech. 8, 703-742 (2021). https://doi.org/10.1007/s40684-020-00302-7